研究目的
开发一种基于多模干涉和图像分光的免光栅光纤矢量弯曲传感器，利用标准光纤组件和简单的光功率检测来同时测量弯曲半径和方向。
研究成果
该光纤矢量弯曲传感器通过多模干涉（MMI）与图像分光技术实现简单制备与检测，成功识别弯曲半径与方向。其展现出高灵敏度（可检测最小弯曲角度如0.382°）与大动态范围。该传感器在精密机械、健康监测及结构监测领域具有应用前景。未来研究将聚焦任意弯曲方向及多向弯曲与扭转的影响。
研究不足
功率转换与位移并非线性关系，这限制了对任意弯曲方向的检测复杂度。精密平台的机械间隙和延迟会导致不确定度（±2微米）。多模干涉仪对多重弯曲和扭转敏感，可能改变成像效果。长距离多模干涉仪需要高相干性激光源以避免分辨率下降。未来工作可能涉及采用压电控制器实现精确移动，以及运用机器学习处理复杂光纤形态。
1：实验设计与方法选择：
该传感器采用标准单模光纤（SSMF）与多模光纤（MMF）熔接形成多模干涉（MMI）器件。将七芯光纤（7CF）熔接至MMF末端以引出MMI图像，再连接扇出器件输出至单模光纤和光电二极管。使用PhotonDesign软件（FIMMWAVE和BEAMPROP）进行MMI及弯曲效应的仿真模拟。
2：样品选择与数据来源：
所用光纤包括SSMF（康宁SMF28 Ultra）、MMF（FG105LCA）和7CF（Fibercore SM-7C1500），均采用125微米包层直径。光源为1550纳米激光二极管。
3：实验设备与材料清单：
设备包含光纤熔接机、光纤切割刀、激光二极管、红外相机（普林斯顿NIRVana 640ST）、物镜、三维微动平台、弯曲用金属针、光电二极管及功率计。材料为指定光纤及扇出器件（Fibercore FAN-7C）。
4：实验流程与操作步骤：
将MMF与SSMF熔接并在12000微米处切割。标记7CF后熔接至MMF并连接扇出器件。通过调整位置实现均匀功率分布完成系统初始化。通过在X/Y方向以10微米为步进、0至40微米位移拉动金属针施加弯曲，测量功率输出。
5：数据分析方法：
对光电二极管功率测量值进行归一化比较。仿真采用模式重叠积分计算耦合效率。根据功率失衡情况分析确定弯曲灵敏度与方向。
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获取完整内容-
single mode fiber
SMF28 Ultra
Corning
Used as the input fiber to launch light into the multimode fiber for creating the MMI device.
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multimode fiber
FG105LCA
Acts as the multimode interference device where the light distribution changes with bending.
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seven-core fiber
SM-7C1500
Fibercore
Taps out the MMI image by splicing to the multimode fiber, with seven cores for discrete power detection.
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fan-out device
FAN-7C
Fibercore
Connects to the seven-core fiber to separate the seven outputs into individual single mode fibers for power measurement.
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infrared camera
NIRVana 640ST
Princeton
Used to capture the MMI image for verification and analysis before tapping.
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laser diode
Provides light source at 1550 nm for the experiment.
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fiber fusion splicer
Used to splice fibers together in the sensor setup.
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fiber cleaver
Used to cleave the multimode fiber to the desired length.
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photodiodes
Detect optical power from the output single mode fibers for bend analysis.
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power meter
Measures the optical power with accuracy ±0.01 dBm.
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3-axis fine stages
Used to position and adjust the fibers and bending pin during the experiment.
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